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第3課時　原子結構與元素的性質
　
第四章　第一節(jié)　原子結構與元素周期表
以第ⅠA族、第ⅦA族為例，通過探究認識同主族元素性質的遞變規(guī)律，并能用原子結構理論加以解釋，培養(yǎng)“科學探究”與“證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。
學習目標
任務一　堿金屬元素
新知構建
1．元素的性質與原子結構的關系
交流研討1
原子 最外層電子數(shù)特點 得失電子情況 元素性質
稀有氣體元素 都為8 (氦為2) 不易得、失 穩(wěn)定
金屬元素 一般____4 易______ ________
非金屬元素 一般____4 易______ ____________
根據(jù)初中所學原子結構的知識，填寫下表。
＜
失去
金屬性
≥
得到
非金屬性
歸納總結
元素的原子結構決定元素的性質(金屬性或非金屬性)
元素名稱 鋰 鈉 鉀 銣 銫
元素符號
原子結構示意圖
元素名稱 鋰 鈉 鉀 銣 銫
原子半徑/nm 0.152 0.186 0.227 0.248 0.265
2．堿金屬元素的原子結構
交流研討2
填寫下表中的信息，并思考和討論下列問題
在元素周期表中：(1)從上往下堿金屬元素原子的核電荷數(shù)、原子半徑如何變化？
提示：Li　Na　K　Rb　Cs
(2)從上往下，堿金屬元素的原子核外電子排布有什么特點？從哪一點能推斷出堿金屬元素的性質具有相似性？
核電荷數(shù)逐漸增大；原子半徑逐漸增大。
提示：Li　Na　K　Rb　Cs
電子層數(shù)逐漸增多，最外層都只有一個電子；最外層都只有一個電子。
3．堿金屬元素單質的化學性質
交流研討3
通過鈉的化學性質，再結合鋰、鈉和鉀的原子結構特點，請你預測鋰、鉀可能具有哪些與鈉相似的化學性質。劇烈程度如何變化？
提示：鋰、鉀也可以與氧氣、水、酸溶液等物質反應；Li、Na、K反應劇烈程度逐漸增強。
實驗驗證
鉀與氧氣反應 鉀與水反應
操作
現(xiàn)象 產(chǎn)生紫色火焰，鉀燃燒比鈉更劇烈 鉀浮在水面上；迅速熔化成閃亮的小球，四處游動；反應劇烈，有輕微爆炸聲并著火燃燒；滴入酚酞，溶液變紅
化學方程式 K＋O2 KO2 __________________________
結論 鉀分別能與O2、H2O反應，且鉀更活潑，預測成立
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
根據(jù)鉀、鈉與水的反應，推斷鋰與水反應的難易程度。
提示：鋰與水反應的程度不如鈉劇烈。
交流研討4
歸納總結
堿金屬元素性質的相似性與遞變性
4．堿金屬元素單質的物理性質
(1)相似性和遞變性
(2)個性特點：銫略帶金色光澤；鋰的密度比煤油的?。烩c的密度比鉀大。
銀白色
較小
降低
典題應用
1．正誤判斷，錯誤的說明原因。
(1)Li、Na、K在空氣中燃燒均生成過氧化物： _______________________
______________________。
(2)堿金屬元素原子隨核電荷數(shù)增加，其單質與水反應越來越劇烈： _____。
(3)可以通過鈉和氯化鋰溶液反應，判斷鈉和鋰元素的金屬性： ________
___________________________________________________________。
(4)堿金屬元素在自然界中都以化合態(tài)形式存在：______。
錯誤。Li、K在空氣中燃
燒分別生成Li2O、KO2
正確
遇氯化鋰溶液，發(fā)生鈉與水的反應，無法判斷鈉和鋰元素的金屬性
錯誤。鈉
正確
2．鋰(Li)是世界上最輕的金屬，它屬于堿金屬的一種，下列說法正確的是
A．和Li同一主族的都是金屬元素
B．Na＋比Li多一個電子層
C．Li、Na、K＋的最外層都只有一個電子
D．Li是堿金屬中原子半徑最小的元素
鋰在第ⅠA族，該族中還有非金屬元素氫，A選項錯誤；Li、Na＋的粒
子結構示意圖分別為 、 ，B選項錯誤；K＋的離子結構示意圖
為 其最外層有8個電子，C選項錯誤。
√
返回
任務二　鹵族元素
新知構建
1．鹵族元素：簡稱鹵素，是典型的非金屬元素，它們在自然界中都以存
_______在。
2．鹵素單質的物理性質
化合態(tài)
F2 Cl2 Br2 I2
顏色、狀態(tài) _______色氣體 _____色氣體 ______色液體 ______色固體
密度 逐漸______
熔、沸點 逐漸______
溶解性 在水中溶解度小(F2與H2O反應)，在有機溶劑中溶解度大
淡黃綠
黃綠
深紅棕
紫黑
增大
升高
特別提醒
1.在常溫下Br2是唯一的液態(tài)非金屬單質，易揮發(fā)。
2.碘為紫黑色固體，易升華，淀粉遇I2變藍。　
　
3.鹵族元素的原子結構
(1)相似性：最外層電子數(shù)均有__個。
(2)遞變性：隨核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)依次_____，原子半徑依次_____。
4．鹵素單質的化學性質
(1)與氫氣反應
鹵素單質 化學方程式 反應條件及產(chǎn)物穩(wěn)定性
F2 _____________________ 在暗處劇烈化合，并發(fā)生_______，HF很穩(wěn)定
Cl2 _____________________________ 光照或點燃發(fā)生反應，HCl較穩(wěn)定
7
增加
增大
H2＋F2===2HF
爆炸
H2＋Cl2 2HCl
難
減弱
減弱
(2)鹵素單質間的置換反應
實驗操作 實驗現(xiàn)象 離子方程式
氯水滴入KBr溶液中 溶液由無色變?yōu)槌赛S色 ________________________________
氯水滴入KI溶液中 溶液由無色變?yōu)楹稚?____________________________
溴水滴入KI溶液中 溶液由無色變?yōu)楹稚?_____________________________
結論 氧化性：_______________；
還原性：_________________
Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
2I－＋Cl2===I2＋2Cl－
2I－＋Br2===I2＋2Br－
Cl2>Br2>I2
Cl－＜Br－＜I－
F2通入水中會劇烈反應，且有另一種單質氣體生成，請根據(jù)氧化還原反應理論寫出上述反應的化學方程式。
交流研討
提示：2F2＋2H2O === 4HF＋O2。
5．鹵素性質的遞變規(guī)律及原因
從F→I，電子層數(shù)依次增多，原子半徑依次增大，原子核對最外層電子的吸引力逐漸_____，原子得電子的能力逐漸______，非金屬性逐漸_____。
減小
減小
減弱
歸納總結
同主族元素的相似性和遞變性
典題應用
1．正誤判斷，錯誤的說明原因。
(1)從F到I，鹵族元素氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性逐漸增強：___________________
_____________________________。
(2)鹵素單質隨原子序數(shù)的遞增，密度逐漸增大： ______。
(3)F2、Cl2、Br2與H2O反應的原理相同： ___________________________
______________________________________________。
(4)F－、Cl－、Br－的還原性依次增強： ______。
錯誤。從F到I，鹵族
元素氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性逐漸減弱
正確
錯誤。Cl2、Br2與H2O反應的原
理相同，F(xiàn)2與H2O發(fā)生反應2F2＋2H2O===4HF＋O2
正確
2．(2023·廣東華僑中學高一段考)已知鹵素單質的氧化性強弱為Cl2＞Br2＞I2，排在前面的鹵素單質可將排在后面的鹵素從它的鹽溶液中置換出來，如Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2。下列說法或化學方程式不成立的是
A．Cl2與I－在水溶液中不能大量共存
B．2NaF＋I2===2NaI＋F2
C．還原性：Cl－＜Br－＜I－
D．少量Cl2通入到NaBr和NaI的混合溶液中，Cl2優(yōu)先氧化I－
√
由氧化性：Cl2＞I2可知，Cl2與I－在水溶液中會發(fā)生反應生成I2和Cl－，不能大量共存，A正確；由氧化性：F2＞I2可知，2NaF＋I2===2NaI＋F2不能發(fā)生，B錯誤；單質的氧化性越強，對應陰離子的還原性越弱，由氧化性：F2＞Cl2＞Br2＞I2可知，還原性：Cl－＜Br－＜I－，C正確；少量Cl2通入到NaBr和NaI的混合溶液中，由于還原性：Br－＜I－，Cl2優(yōu)先氧化I－，再氧化Br－，D正確。
3．在硬質玻璃管中的A、B、C處依次放有浸有KBr溶液、KI溶液、淀粉溶液的三個棉球(如圖所示)。由左端導入Cl2，在B處加熱，可觀察到A處棉球呈______色，B處棉球呈______色，C處棉球呈____色。將試管冷卻后，在B、C之間的玻璃管內(nèi)壁上有______色的______，這是因為______
_______________。
紅棕
紫紅
藍　
紫黑
固體
碘蒸
氣冷凝為固體
返回
非金屬性：Cl>Br>I，則單質的氧化性：Cl2>Br2>I2，Cl2與KBr溶液、KI溶液反應分別生成Br2和I2。
隨堂達標演練
√
1．下列敘述正確的是
A．Na在空氣中燃燒會生成Na2O2，故Li在空氣中燃燒也會生成Li2O2
B．堿金屬元素是指ⅠA族的所有元素
C．在熔融狀態(tài)下，鈉可以從MgCl2中置換出鎂
D．Li、Na、K都可以保存在煤油中
Na在空氣中燃燒會生成Na2O2，但Li沒有Na活潑，在空氣中燃燒生成的是Li2O，A項錯誤；ⅠA族中氫不屬于堿金屬元素，B錯誤；鈉還原性強于Mg，所以在熔融狀態(tài)下可從MgCl2中置換出鎂，C項正確；Na、K都可以保存在煤油中，Li的密度更小，要保存在石蠟中，D項錯誤。
2．(2023·山東聊城高一檢測)鋰(Li)是一種銀白色的金屬元素，質軟，是密度最小的金屬。用于原子反應堆、制輕合金及電池等，鋰電池或鋰離子電池備受人們推崇。鋰(Li)不可能具有的性質是
A．鋰在空氣中燃燒只會生成氧化鋰
B．鋰很軟，用小刀可以切割
C．鋰的熔點比金屬銫高
D．金屬鋰可以保存在煤油或液體石蠟中
√
鋰較其他堿金屬活潑性差，燃燒不生成過氧化物，生成氧化鋰，A正確；堿金屬都很軟，可用小刀切割，B正確；堿金屬Li→Cs熔點逐漸降低，C正確；金屬鋰的密度比煤油小，所以不能保存在煤油中，D錯誤。
√
3．下列說法正確的是
A．F、Cl、Br的最外層電子數(shù)都是7，次外層電子數(shù)都是8
B．從HF、HCl、HBr、HI酸性遞增的事實，推出F、Cl、Br、I的非金屬性遞增規(guī)律
C．鹵素按F、Cl、Br、I的順序，其非金屬性逐漸減弱的原因是隨著核電荷數(shù)增加電子層數(shù)增大起主要作用
D．砹是原子序數(shù)最大的鹵族元素，根據(jù)鹵素性質的遞變規(guī)律，砹易溶于水，難溶于CCl4
F的次外層電子數(shù)為2，Br的次外層電子數(shù)為18，A項錯誤；元素的非金屬性強弱可以根據(jù)其最高價氧化物對應水化物的酸性強弱比較，B項錯誤；由碘微溶于水，易溶于四氯化碳，可推知，砹微溶于水，易溶于CCl4，D項錯誤。
4．(2023·黔西南州同源中學高一檢測)砹(At)是原子序數(shù)最大的鹵族元素，對砹及其化合物的敘述，不正確的是
A．與H2化合的能力：At2B．砹在常溫下為白色固體
C．砹難溶于水，易溶于四氯化碳
D．砹原子的最外層有7個電子
√
同主族從上到下，單質和氫氣化合越來越不容易，所以與H2化合的能力：At2＜I2，故A正確；同主族從上到下元素的單質從氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)變化，且顏色加深，碘為紫黑色固體，則砹是黑色固體，故B錯誤；由碘微溶于水，易溶于有機溶劑，可推知，砹易溶于某些有機溶劑，也是不易溶于水的，故C正確；同主族元素原子具有相等的最外層電子數(shù)，即砹原子的最外層有7個電子，故D正確。
返回
5．現(xiàn)有失去標簽的A、B、C、D、E五個集氣瓶，分別充滿H2、O2、Cl2、HCl、HBr五種氣體中的一種，其中C是黃綠色，A、C混合見光爆炸，C、D混合在瓶壁上出現(xiàn)橙紅色小液滴，E遇潮濕空氣出現(xiàn)白霧，寫出它們的化學式：A____，C______，D______，E_____。
H2　
Cl2
HBr
HCl
由已知條件，C是Cl2，A和C混合爆炸，A是H2；C、D混合瓶壁上出現(xiàn)橙色小液滴為Br2，則D是HBr，E是HCl。
課時測評
√
題點一　 堿金屬元素
1．下列不屬于堿金屬單質的通性的是
A．硬度小、密度小 B．熔點較低
C．焰色試驗相同 D．導熱、導電性能強
堿金屬的硬度較小、密度較小，熔點均較低，且導熱、導電性能強，但焰色試驗中火焰的顏色各不相同。
√
2．下列與水反應最劇烈的堿金屬是
A．鋰 B．鈉
C．鉀 D．銣
鋰、鈉、鉀、銣四種堿金屬，原子序數(shù)依次增大，其單質的還原性依次增強，與氧氣或水反應的劇烈程度依次增強，銣與水反應最劇烈。
√
3．鉀和鈉的化學性質相似，下列說法能較好地解釋這個事實的是
A．原子最外層電子數(shù)相同 B．都是金屬元素
C．原子半徑相差不大 D．最高化合價相同
結構決定性質，影響金屬化學性質的主要因素是其原子核外電子排布情況，尤其是最外層電子數(shù)。鉀原子和鈉原子的最外層電子數(shù)均為1，故對應單質的化學性質相似。
√
4．鉀的下列性質與少量的鉀保存在煤油中無關的是
A．單質鉀的密度比煤油大 B．可用小刀片切割金屬鉀
C．鉀易與空氣反應 D．單質鉀的還原性很強
鉀沉在煤油中說明其密度比煤油大，A項有關；可用小刀片切割金屬鉀，說明鉀的硬度較小，B項無關；鉀保存在煤油中是為了防止其與空氣中的氧氣、水蒸氣等反應，C、D項有關。
√
5．下列關于堿金屬的敘述錯誤的是
A．它們都能在空氣中燃燒生成M2O(M指堿金屬元素)
B．它們都能與水反應生成氫氣和堿
C．隨核電荷數(shù)的遞增，它們所形成的陽離子的氧化性依次減弱
D．堿金屬中密度最小的是鋰
Na在空氣中燃燒生成過氧化鈉，K在空氣中燃燒生成超氧化鉀，A項錯誤；堿金屬與水反應的產(chǎn)物均是堿和氫氣，只是劇烈程度不同，B項正確；隨著核電荷數(shù)的遞增，堿金屬元素所形成陽離子的氧化性逐漸減弱，C項正確；隨著原子序數(shù)的遞增，堿金屬的密度呈增大趨勢(K反常)，密度最小的是鋰，D項正確。
根據(jù)原子結構示意圖可知核電荷數(shù)是17，A項正確；核外有3個電子層，B項正確；該元素是氯元素，屬于非金屬元素，C項正確；最外層電子數(shù)是7，在化學反應中容易得到1個電子達到8電子穩(wěn)定結構，D項錯誤。
√
題點二　鹵族元素
6．某原子的結構示意圖為 ，下列關于該原子的說法不正確的是
A．核電荷數(shù)為17
B．核外有3個電子層
C．屬于非金屬元素原子
D．在化學反應中容易失去1個電子
√
7．(2023·江蘇丹陽高一調研)關于鹵族元素，下列說法正確的是
A．所有鹵族元素的微粒都易得電子
B．和F同一主族的元素都是非金屬元素
C．化合物中鹵族元素都顯負價
D．鹵族元素原子的原子半徑從上到下逐漸減小
鹵族元素的陰離子如Cl－等不易得電子，A選項錯誤；鹵族元素都是非金屬元素，B選項正確；NaClO中Cl為＋1價，C選項錯誤；從F→I，原子半徑逐漸增大，D選項錯誤。
√
8．下列關于鹵素(用X表示)的敘述中，正確的是
A．鹵素單質與水反應均可用X2＋H2O HXO＋HX表示
B．HX的熱穩(wěn)定性隨鹵素核電荷數(shù)增加而增強
C．鹵素單質的顏色F2→I2隨相對分子質量增大而加深
D．鹵素單質越活潑，其熔點和沸點就越高
F2與H2O反應方程式為2F2＋2H2O===4HF＋O2，A項錯誤；從F到I，非金屬性逐漸減弱，故HX的熱穩(wěn)定性逐漸減弱，B項錯誤；鹵素單質從F2到I2的顏色為淡黃綠色→黃綠色→深紅棕色→紫黑色，C項正確；鹵素單質的活潑性由F2→Cl2→Br2→I2逐漸減弱，熔、沸點依次升高，D錯誤。
√
9．(2023·重慶云陽中學高一段考)下列各組物質性質比較的表示中，正確的是
A．還原性：HF>HCl>HBr>HI
B．穩(wěn)定性：HFC．與水反應由易到難：Cl2>Br2>I2>F2
D．密度：F2A項應為HI>HBr>HCl>HF；B項應為HF>HCl>HBr>HI；C項應為F2>Cl2>Br2>I2。
A項，從氯到碘，原子半徑逐漸增大，不符合題意；B項，從HCl到HI，穩(wěn)定性逐漸減弱，符合題意；C項，從Cl到I，原子的電子層數(shù)逐漸增多，不符合題意；D項，從Cl2到I2，單質的密度逐漸增大，不符合題意。
√
10. (2023·廣東惠東高一段考)部分鹵族元素的某種性質A隨核電荷數(shù)的變化趨勢如圖所示，則A可能表示
A．原子半徑
B．氫化物的穩(wěn)定性
C．原子的電子層數(shù)
D．單質的密度
119號元素應位于第八周期第ⅠA族，屬于堿金屬元素，類比堿金屬的性質可知A項正確。
11．(2023·長沙八校高一聯(lián)考)可能存在的第119號元素被稱為“類鈁”，據(jù)元素周期表結構及元素性質變化趨勢，有關“類鈁”的預測說法正確的是
A．“類鈁”在化合物中呈＋1價
B．“類鈁”屬于過渡元素，具有放射性
C．“類鈁”單質的密度小于1 g·cm－3
D．“類鈁”單質有較高的熔點
√
過量的Cl2將I－、Br－從溶液中完全置換出來，在蒸干、灼燒過程中溴揮發(fā)、碘升華，所得固體為NaCl和KCl。
12．(2023·沈陽高一檢測)向含有NaBr和KI的混合溶液中通入過量Cl2，充分反應后將溶液蒸干并灼燒所得物質，最后剩余的固體是
A．NaCl和KI B．NaCl、KCl、I2
C．KCl和NaBr D．KCl和NaCl
√
13．某同學做同主族元素性質相似性、遞變性實驗時，自己設計了一套實驗方案，并記錄了有關實驗現(xiàn)象(見下表，表中的“實驗方案”與“實驗現(xiàn)象”前后不一定是對應關系)。
實驗方案 實驗現(xiàn)象
①將氯水滴加到溴化鈉溶液中，振蕩，靜置 A．浮在水面上，熔成小球，不定向移動，隨之消失
②將一小塊金屬鈉放入冷水中 B．溶液呈淺紫色
③將溴水滴加到NaI溶液中，振蕩，靜置 C．浮在水面上，熔成小球，不定向移動，并伴有輕微的爆炸聲，很快消失
④將一小塊金屬鉀放入冷水中 D．溶液呈橙色
請你幫助該同學整理并完成實驗報告。
(1)實驗目的：____________________________________。
(2)實驗用品
①試劑：金屬鈉、金屬鉀、新制氯水、溴水、0.1 mol·L－1 NaBr溶液、0.1 mol·L－1 NaI溶液等；
②儀器：______、_________、_____________、鑷子、小刀、玻璃片等。
探究同主族元素性質的相似性和遞變性
燒杯(培養(yǎng)皿)
試管
膠頭滴管
(3)實驗內(nèi)容(填寫與實驗方案對應的實驗現(xiàn)象的字母和化學方程式)：
實驗方案 實驗現(xiàn)象 化學方程式
①
②
③
④
D
Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2
A
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
B
Br2＋2NaI===2NaBr＋I2
C
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
同主族元素性質相似；同主族元素自上而下原子失電子能力增強，得電子能力減弱
(4)實驗結論： __________________________________________________
_______________________。
14. 為了測定某種堿金屬元素的相對原子質量，某同學設計了如圖所示的裝置進行實驗，該裝置(包括水)的總質量為a g。將質量為b g(不足量)的某堿金屬單質放入水中，立即塞緊瓶塞，完全反應后再稱得此裝置的總質量為c g。請回答下列問題：
(1)寫出計算該堿金屬相對原子質量的數(shù)學表達式： ___________。
在此裝置中加入某堿金屬后，堿金屬與水反應產(chǎn)生H2，H2的質量為原裝置及堿金屬的總質量與反應后裝置總質量的差，利用此差量即可求出堿金屬元素的相對原子質量。設該堿金屬為R，相對原子質量為Ar，則：
2R＋2H2O===2ROH＋H2↑
2Ar 2
b g (a＋b－c) g
返回
(2)無水氯化鈣的作用是_________________________________________。
(3)如果不用無水氯化鈣，求出的相對原子質量比實際相對原子質量？________(填“偏大”或“偏小”)，理由是__________________________
____________________________________________。
干燥H2，防止H2帶走水蒸氣，引起實驗誤差
H2將帶走部分水蒸氣，使測
偏小
得的H2質量偏大，計算出的相對原子質量則偏小

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